JP5796066B2 - ノズルガイドベーン組立体のセグメントがケーシング内において回転することを防止するための装置を有するターボ機械及び回転防止ペグ - Google Patents

Description

本発明は、ターボ機械の分野に関し、且つ、リングセクタ内に配置されたディストリビュータセグメントによって形成される軸流タービンのリングディストリビュータを対象としている。更に詳しくは、本発明は、前記セクタがケーシング内において回転することを防止するための装置に関する。

航空工学において使用されているものなどのガスタービンエンジンは、空気を吸入し、且つ、次いで、コンプレッサ段を通じてガイドすることによって圧縮するための上流の吸気口を含む。圧縮された空気は、燃焼室に導入され、燃料も前記燃焼室に導入されて空気と混合され、これにより、前記燃焼室内において燃焼が発生する。高温の燃焼ガスは、様々なタービン段の内部において膨張するが、これらタービン段のうちの１つは、一般に、燃焼室の直接下流に位置した高圧段であり、この高圧段は、部材の動作に適合した最高温度を有するガスを受け取る。前記第１膨張の後に、ガスは、所謂低圧タービン段を通じてガイドされることにより、再度、膨張する。１つのタービン段は、タービンランナーの上流にディストリビュータのホイールを含む。

軸方向の流れを伴うディストリビュータホイールは、半径方向内側のリング形状の要素と半径方向外側のリング形状の要素を接続する機械の軸との関係において半径方向に配列された複数のブレードを含み、この組立体は、タービンホイールのランナーブレードに対向するリング形状のベーンを形成する。ランナー自体は、円板の縁部から半径方向に延在するブレード又は回転軸を中心とした可動ドラムから構成される。エンジンガスが、これらのブレードを軸方向に通過する。この結果、エンジンの低圧セクションは、一般に、いくつかのタービン段を含む。

ディストリビュータホイールは、機械の軸の周りに分布した複数のセクタにセグメント化され、それぞれのセグメントは、２つのリングセクタの間において複数のブレードによって形成されている。それぞれのセグメントは、半径方向外側のリングセクタにより、タービンのケーシングの内部において取り付けられる。前記リングセクタは、上流の保持手段と、下流の保持手段と、を含む。前記手段は、例えば、ディストリビュータセグメントのリングセクタ上に位置する支持表面がその上部において支持されるケーシングの内側壁内に設けられたリング形状のレールである。この組立体は、機械の動作の変動の関数であるケーシングとの関係におけるディストリビュータの相対的な膨張を許容するように構成されている。ディストリビュータホイールの、且つ、これらを通過するガス流の結果として生じる接線方向の応力の、軸方向の対称性に起因し、セクタが回転することを妨げるための手段を設ける必要がある。

ＳＮＥＣＭＡ名義の仏国特許第２７４３６０３号明細書は、このようなディストリビュータセグメントをケーシングの内部において組み立てる方法について記述している。ディストリビュータセグメントは、ケーシングの内側壁の対応する面上において、一方が半径方向外側であって、他方が下流側である面によって支持されるディストリビュータの軸に対して垂直の周縁外側リブを含む。前記レベルの下流のタービンリングによって形成されるクランプが、セグメントを保持し、且つ、半径方向に運動しないようにそれらの位置を維持している。それぞれのセグメントのリブの上流面上の突出部は、回転防止ペグがその内部に収容される切欠きを含む。前記ペグは、前記切欠き内に収容されるヘッドと、ケーシングの壁の半径方向のボア内に摺動するロッドと、によって構成される。この結果、前記ペグは、前記ディストリビュータセグメントの軸を中心としたディストリビュータセグメントの回転運動を防止する。

ディストリビュータセグメントによって生成される放射熱に対してケーシングの壁を保護するように、セグメントとケーシングの内部壁の間に介在する状態で、シートが設けられる。前記熱遮蔽シートは、上流において、ケーシングの内側壁内に配置された半径方向の表面部分に圧接している。遮蔽シートの上流エッジは、セグメントの上流エッジ上において支持されると共にケーシングの上流レールに対する前記セグメントの保持にも関与するピンを形成するために、内側に向かって半径方向に曲がっている。下流においては、遮蔽シートは、凹入部を含み、この凹入部は、セグメントの回転防止ペグに圧接する凹入部の底部内のタブを有する。タブは、事実上、ペグの微細な溝内において楔止めされる。

前記組立体は、ケーシング内におけるディストリビュータの保持とその熱に対する保護に関しては、完全な満足を提供する。

但し、シート自体が回転防止ペグとの接触状態から離脱することによって、ペグ内に設けられた支持溝からタブが脱落する可能性が高いことが観察されている。ペグに対して保持されないことにより、タブが配置されているシートの下流部分が運動し、その結果、ケーシングの壁の内側面と擦れることになり、これにより、この内側面に擦過傷が生じる可能性がある。前記ケーシング上における損耗のリスクを除去することが望ましいであろう。

仏国特許第２７４３６０３号明細書

本発明の目的は、前記問題点を軽減することにある。

本発明によれば、前記問題点は、セグメント上に配置された切欠き及びケーシング上に配置されたボアの両方の内部に取り付けられる回転防止ペグを含む、ケーシングの内側壁とセグメントの外側壁の間における熱遮蔽シートの介在を伴う、ターボ機械のリング形状のケーシングの内部に収容されたリングセクタの形態のディストリビュータセグメントの回転を防止するための装置が設けられたターボ機械によって解決され、熱遮蔽シートは、回転防止ペグに圧接するタブを含む。このターボ機械は、装置が、ターボ機械の動作の際の熱遮蔽シートの可能な半径方向の変位の場合に当接部を形成する半径方向においてタブとケーシングの前記内側壁の間における表面部分の配置を含むということを特徴とする。

ケーシングと機械の動作の際に運動する可能性が高いシートの一部の間に当接部を介在させることにより、結果的に、ケーシングの内側壁に接触するリスクが除去される。

一実施形態によれば、ペグは、セグメントの切欠き内に収容されたヘッドと、ケーシング上に配置されたボアに進入するロッドと、を含み、前記表面部分は、回転防止ペグのヘッドと一体をなしている。

前記実施形態の利点は、この実施形態が回転防止ペグのみに関係しており、ディストリビュータセグメント、熱遮蔽シート、及びケーシングという残りの部分は、変化することなしに留まっているという点にある。これにより、取り囲んでいる部品の変更を伴うことなしに、変更されたペグによって既存のペグを交換することができるという重要な経済的利点が得られる。

前記交換は、予防を目的として新規に、或いは、修理の際に、実行することができる。

有利な方式によれば、前記表面部分は、回転防止ペグのヘッド内に機械加工された肩部によって構成されており、更に詳しくは、前記表面部分は、ディストリビュータの軸に対して平行に延在すると共にケーシングの内部壁に圧接するラグによって形成されている。

本発明の装置は、仏国特許第２７４３６０３号明細書に記述されている構成において興味深い用途を有しており、ディストリビュータセグメントは、ケーシングの内側壁に圧接するディストリビュータの軸に対して垂直のリブを含み、且つ、その前記切欠きは、リブの一側部上に設けられた突出部内に形成されている。この場合に、熱遮蔽シートは、好ましくは、前記突出部に対応する凹入部を有するリングセクタの形態を有しており、タブは、凹入部の底部内に配置される。更に詳しくは、遮蔽シートは、ディストリビュータセグメントのリブ及び回転防止ペグとの関係において上流に設けられる。

又、本発明が回転防止ペグにのみ関係しているという特徴の範囲において、本発明は、上述の装置内において使用することができる回転防止ペグにも関し、このペグは、まっすぐなロッドと、ヘッドと、を含み、ヘッドは、ロッドの軸に対して平行な第１面と、ロッドの反対側における前記第１面との関係において垂直の表面部分と、を有する。

好適な方式によれば、ペグは、まっすぐなロッドの軸との関係において垂直のラグを含み、前記表面部分は、ラグ上に配置されている。

又、本発明は、上述のものなどの装置を有するタービン段を含むガスタービンエンジンにも関する。

以下、限定を意図したものではなく、例示を目的とした以下の添付図面により、本発明について説明することとする。

本発明が適用されるガスタービンエンジンの一例を示す。 従来技術によるガスタービンエンジンのケーシング内に取り付けられたタービンディストリビュータの軸方向の断面の部分図である。 一部が切り取られた状態の図２のディストリビュータのエンジンの軸に向けて見た図である。 従来技術による回転防止ペグを示す。 本発明の変更を伴う図２のものに対応した軸方向の断面図である。 本発明の回転防止ペグを示す。

図１を参照すれば、ターボブロアタイプのガスタービンエンジン１の軸方向の断面を観察することができる。このガスタービンエンジンは、上流から下流に、即ち、この場合には、左側から右側に、低圧コンプレッサ３を有するブロア２と、高圧コンプレッサ４と、燃焼室５と、高圧タービン６と、低圧タービン７と、を含む。１つの同一のロータ上にいくつかの可動段を含む低圧タービン７は、中心シャフトにより、ブロア２と低圧コンプレッサ３によって形成された組立体を駆動する。単一段における高圧タービン６は、独立した方式により、高圧コンプレッサ４を駆動する。

図２は、その外周のレベルにおいて低圧タービン７の断面の部分図を示している。ディストリビュータ８又はステータは、タービンのケーシング１０の内部において、ランナーブレード９を有するホイールの上流に位置している。ランナーは、タービンリング９’の内部において、機械の軸を中心として回転する。

ディストリビュータ８は、機械の軸の周りに周方向に分布した複数のセグメント８０に分割されたホイール内に配列された固定ブレードによって形成されている。それぞれのセグメント８０は、リングセクタ８１内において１つの要素と一体をなしているいくつかの隣接した固定ブレードを含む。ディストリビュータセグメント８０は、上流において、ケーシング１０の内側壁から軸方向に延在するレール１０１の形態のリブによって保持されており、リングセクタ８１内の要素と一体をなす上流フック８２が、レール１０１の半径方向外側の面に圧接している。下流においては、要素８１は、軸に向けられた下流エッジを有するケーシング１０の内側壁から軸方向に延在するリング形状のレール１０２の対応する面上において半径方向外側の面８３ａ及び下流の面８３ｂによって支持されるディストリビュータの軸に対して垂直の周縁半径方向リブ８３を含む。

又、図３において観察することができるように、回転防止ペグ２０が、ケーシング１０の半径方向のボア内に収容されている。ペグ２０は、ケーシングの内側から突出し、且つ、セグメント８０のリブ８３内に機械加工された切欠き８３ｃ内に収容されている。このレベルにおいては、リブが、その内部に切欠きが機械加工される大きな厚さ８３’を形成していることに留意されたい。仏国特許２７４３６０３号明細書に記述されているように、リブ８３は、上流に位置するガスに対する障壁を形成しており、リブ８３の上流に位置するゾーンは、下流に位置するゾーンと連通していない。ペグは、ケーシングのボア内においてのみならず、切欠き８３ｃ内においても、厳格に調節される。ペグは、ディストリビュータの軸に対して平行に機械加工された切欠きの側面の間において摺動する２つの側面２２ａ及び２２ｂを有する。切欠きは、上流において開放しており、且つ、セグメントの中心に位置している。この結果、セグメント８０は、ペグの両面上において周方向に膨張可能であると共に軸方向にある程度運動することができる状態で、ケーシングとの関係において回転しないように固定状態において保持される。

セグメント８０のリングセクタ８１とケーシングの内側壁の間には、熱遮蔽シート３０が配置されている。このシートは、略、リングセクタの形態を有し、このリングセクタは、上流レール１０１のレベルに位置することができるケーシング内に配置された当接表面に上流において圧接している。下流においては、遮蔽シート３０は、リブの突出部８３’の外形に沿った凹入部内に裁断されている。凹入部の底部内のタブ３０ａが回転防止ペグ２０に圧接する。シートは、軽く変形可能であることから、ターボ機械の動作の際にシートの位置が保持されることを保証するために、スプリング効果を提供することができる。

図４は、従来技術による回転防止ペグを示している。このペグは、その直径がケーシングのボア内における厳格な調節を許容する円筒形のロッド２１を有する。ペグは、ロッド２１と共にＴ字のバーを形成するヘッド２２を含む。前記ヘッドは、その形態が平行六面体であり、ロッド２１の軸に対して且つこれらの間において平行である２つの側面２２ａ及び２２ｂを有する。遮蔽シートのタブ３０ａは、ペグがリブ８３の切欠き８３ｃ内に位置している際に、上流に設けられた２つの第１側面２２ａ及び２２ｂに垂直の面に対して圧接することになる。

これは、十分なものではなく、且つ、遮蔽シートの下流エッジが運動し、且つ、ケーシングの内側面と擦れることにより、恐らくは、望ましくない溝が結果的に形成される可能性が高いことが判明している。

この回転防止ペグを本発明に従って変更した。本発明による回転防止ペグは、従来技術によるペグと同一の参照符号を有しているが、１００が加算されている。

前記ペグ１２０は、図５及び図６において観察することができる。このペグは、ペグ２０に類似しており、ロッド１２１と、ヘッド１２２と、を有し、側面１２２ａ及び１２２ｂを有する。寸法は、ペグ２０のものと同一である。更には、このペグは、ロッド１２１の軸に対して垂直に、且つ、ヘッド１２０の幅にわたって、延在するラグ１２２ｃをも有する。このラグは、ロッドとヘッドの間に配置されている。その厚さは、較正されている。

図５は、定位置にある新しいペグ１２０を示している。ペグ２０と同様に、このペグは、ケーシング１０との関係において回転しないように、ディストリビュータが楔止めされることを保証する。従来技術との関係において、ペグのみが変更されていることに留意されたい。ディストリビュータのその他の要素、シート、及びケーシングは、同一である。タブが回転防止ペグのヘッド１２２の上流側面に圧接する。ケーシングに圧接するラグ１２２ｃは、シートの下流エッジが当接する可能性が高い表面を形成する。ターボ機械の動作の際に摩擦が生じた場合に損耗によって歪む表面は、内側に向かって方向を変えるラグ１２２ｃの表面となり、修理のためには、必要に応じて、ケーシングの内側壁の強化を要することなしにペグ１２０を交換することで十分であろう。これにより、修理の費用が大幅に低減されよう。

予防を目的とする場合には、機械を訪問する際に、既存の回転防止ペグ２０を本発明のペグ１２０と交換することができる。同一の方式により、ケーシングの内側壁の保護と共に、回転防止機能が更に保証される。

Claims (9)

1. ディストリビュータセグメント（８０）上に設けられた切欠き（８３ｃ）及びケーシング上に配置されたボアの両方の内部に取り付けられる回転防止ペグ（１２０）を含む、ケーシングの内側壁とディストリビュータセグメント（８０）の外側壁の間における熱遮蔽シート（３０）の介在を伴う、ターボ機械のリング形状のケーシング（１０）の内部に収容されたリングセクタの形態のディストリビュータのセグメント（８０）の回転を防止するための装置を有するターボ機械にして、熱遮蔽シート（３０）は、回転防止ペグ（１２０）に圧接するタブ（３０ａ）を含む、ターボ機械であって、
   装置が、ターボ機械の動作の際の熱遮蔽シートの可能な半径方向の変位の場合に当接部を形成する半径方向においてタブとケーシングの前記内側壁の間における表面部分（１２２ｃ）の配置を含むことを特徴とする、ターボ機械。
2. その回転防止ペグ（１２０）が、ディストリビュータセグメント（８０）の切欠き（８３ｃ）内に収容されたヘッド（１２２）と、ケーシング上に配置されたボアに進入するロッド（１２１）と、を含み、前記表面部分（１２２ｃ）は、回転防止ペグのヘッド（１２２）と一体をなしている請求項１に記載のターボ機械。
3. その前記表面部分（１２２ｃ）が、回転防止ペグのヘッド内に機械加工された肩部によって構成される請求項２に記載のターボ機械。
4. その前記表面部分（１２２ｃ）が、ディストリビュータの軸に対して平行であると共にケーシングの内側壁に圧接するラグによって形成される、請求項１から３のいずれかに記載のターボ機械。
5. ディストリビュータセグメント（８０）が、ディストリビュータの軸に対して垂直のリブ（８３）を含むと共にケーシングの内側壁に圧接し、その前記切欠き（８３ｃ）は、リブ（８３）の一側部上に設けられた突出部（８３’）内に形成される、請求項１から４のいずれかに記載のターボ機械。
6. その熱遮蔽シート（３０）が、前記突出部（８３’）に対応する凹入部を有するリングセクタの形態を有し、タブ（３０ａ）は、凹入部の底部内に配置される、請求項５に記載のターボ機械。
7. その遮蔽シート（３０）が、ディストリビュータセグメント（８０）のリブ（８３）及び回転防止ペグ（１２０）との関係において上流に設けられる、請求項５又は６に記載のターボ機械。
8. 請求項１から7のいずれかに記載のターボ機械内において使用することができる回転防止ペグ（１２０）であって、
   まっすぐなロッド（１２１）と、
   ヘッド（１２２）と、
   を有し、
   ヘッドは、ロッドの軸に対して平行である第１面と、ロッドの反対側における第１面との関係において垂直の表面部分（１２２ｃ）と、を有する、回転防止ペグ。
9. 前記ペグが、まっすぐなロッド（１２１）の軸との関係において垂直のラグを含み、前記表面部分（１２２ｃ）は、ラグによって形成される、請求項８に記載のペグ。

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